一种适用于芯片高效转移的倒装键合控制方法
【技术领域】
[0001]本发明属于芯片贴装工艺相关领域，更具体地，涉及一种适用于芯片高效转移的倒装键合控制方法。
【背景技术】
[0002]随着信息产业的迅猛发展，电子产品的应用越来越广泛，其需求量也日益增加。如芯片之类的微小电子元器件作为电子产品的最小单位，是电子产品制造和应用的基础。目前，电子设备产品越来越复杂，所采用的电子元器件在种类和数量等方面均呈爆发性增长，为保证芯片的贴装高效率和可靠性，针对芯片高效可靠贴装的研究，尤其是倒装键合贴装的研究就一直未曾停止过，工业生产也对其提出越来越苛刻的要求，贴装效率已经成为制约发展的技术瓶颈所在。
[0003]现有技术中已经提出了一些用于芯片倒装键合的贴装设备及其工艺，如〇吧00910190790.3、0吧01310275947.9和0吧01180047735.4等。然而，进一步的研究表明，这类现有的贴装设备多采用单吸嘴运动的结构形式，在贴装效率方面仍难于满足现有工况的需求;此外，如何针对复杂的整个贴装过程来实现全面的自动化检测，并确保在高效倒装键合过程中对芯片的精确控制，仍然是本领域亟需解决的技术难题之一。
【发明内容】
[0004]针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种适用于芯片高效转移的倒装键合控制方法，其中通过采用视觉和运动控制相互结合的协同控制方法，测试表明能够在实现芯片高效率倒装键合的同时，对其整体过程中芯片的位置及角度执行非接触式的精确视觉检测及其针对性控制，并尤其适用于芯片倒装键合贴装的大批量工业化规模生产场合。
[0005]为实现上述目的，按照本发明，提供了一种适用于芯片高效转移的倒装键合控制方法，其特征在于，该倒装键合过程所采用的设备包括晶元移动单元、顶针单元、大转盘单元、小转盘单元、基板进给单元以及贴装运动单元，其中，该晶元移动单元包括以倒置悬挂方式进行结构布置的晶元盘，并配备有XX向平动模块、Y向平动模块和Z向旋转模块，由此分别用于执行所述晶元盘在X轴和Y轴方向的直线移动以及Z轴方向上的旋转;该顶针单元用于将承载在所述晶元盘上的芯片向下戳出；该大转盘单元相对设置在所述晶元移动单元的下方，并包括大转盘和整体装载其上的大转盘吸嘴组件，所述大转盘具备沿着Z轴方向的旋转运动自由度，所述大转盘吸嘴组件由沿着所述大转盘周向方向间隔设置的多个吸嘴共同组成，这些吸嘴通过与之相连的第一气路旋转接头获得气路传输与分配，进而将从所述晶元盘戳出的芯片予以吸附转移，所述大转盘吸嘴组件还分别联接有大转盘吸嘴压杆和第一旋转电机，由此独立实现其相对于所述晶元移动单元的上下运动自由度、以及沿着Z轴方向的旋转自由度;该小转盘单元相对设置在所述大转盘单元的上方，并包括小转盘和整体装载其上的小转盘吸嘴组件，所述小转盘的直径小于所述大转盘且具备沿着Z轴方向的旋转运动自由度，所述小转盘吸嘴组件同样由沿着所述小转盘周向方向间隔设置的多个吸嘴共同组成，这些吸嘴通过与之相连的第二气路旋转接头获得气路传输与分配，进而将从所述大转盘吸嘴组件上已吸附转移的各个芯片逐一拾取转移，所述小转盘吸嘴组件还联接有小转盘吸嘴压杆，由此独立实现其相对于所述大转盘单元的上下运动自由度;该基板进给单元用于将待贴装基板相对于所述小转盘单元执行进给操作;该贴装运动单元包括用于固定安装整个所述小转盘单元的安装板，并配备有X向直线电机和Y向直线电机，由此驱动该安装板及固定其上的小转盘单元运动至基板贴装位置，进而实现芯片的贴装操作;此外，上述倒装键合过程所采用的设备还分别配备有晶圆盘斜视相机、大转盘仰视相机、小转盘侧视相机、大转盘俯视相机、小转盘仰视相机和小转盘俯视相机;上述倒装键合控制方法相应包括下列步骤:
[0006](a)对于所述大转盘与所述大转盘仰视相机之间的位置调整过程:
[0007](al)首先对所述大转盘的位置进行粗调，直至该大转盘的中央通孔出现在所述大转盘仰视相机的视野之中；
[0008](a2)对通孔轮廓继续进行识别，并计算求出该通孔轮廓的中心点位置;将计算求出的通孔轮廓中心点位置与所述大转盘仰视相机已标定的相机视觉中心位置进行比较，将比较偏差转化为极坐标形式，并得出所述通孔的角度偏差信号和径向偏差信号；
[0009](a3)将所述角度偏差作为所述大转盘绕着Z轴方向的旋转角度闭环补偿信号，经由角度控制器处理后对应执行角度调节；
[0010](b)对于将芯片从所述晶元盘吸附转移至所述大转盘单元的操作:
[0011](bl)首先利用所述大转盘仰视相机变焦后对所述晶元盘上即将被戳出的芯片的位置及角度进行观测定位，并将相应的位置及角度信息返回给所述晶元移动单元的X向平动模块、Y向平动模块和Z向旋转模块；
[0012](b2)所述晶元移动单元基于步骤(bl)所获得的位置及角度信息，相应将被观测定位的芯片运动至所述大转盘单元上即将工作的吸嘴上方；
[0013](b3)对于上述被检测定位的芯片与所述大转盘单元上即将工作的吸嘴，利用所述晶圆盘斜视相机继续对两者之间的对中精度进行观测，获取所述大转盘沿着Z轴方向的旋转角度偏差;接着，将此旋转角度偏差作为所述大转盘沿着Z轴方向的旋转角度闭环补偿信号，经由角度控制器处理后对应执行角度调节;与此同时，还将此旋转角度偏差经过通过三角变化作为所述大转盘沿着X轴和Y轴方向的平移闭环补偿信号；
[0014](b4)将步骤(b3)所获得的平移闭环补偿信号，以及步骤(a2)中所述通孔的径向偏差信号共同作为所述大转盘的位置闭环补偿信号，并经由位置控制器处理后执行位置调
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[0015]作为进一步优选地，在上述倒装键合控制方法中，对于芯片从所述大转盘单元被拾取转移至所述小转盘单元的操作，优选还包括下列步骤:
[0016](Cl)首先利用所述大转盘俯视相机，对所述大转盘吸嘴组件上所吸附的芯片观测其位置及角度，并获取对应的芯片偏转角度偏差和芯片径向位置偏差;然后，将此芯片偏转角度信号作为所述大转盘沿着Z轴方向的旋转角度闭环补偿信号，经由角度控制器处理后通过所述第一旋转电机相应对芯片的角度进行调整；
[0017](c2)对于所述大转盘上的目标吸嘴与所述小转盘上的对应吸嘴，利用所述小转盘侧视相机(703)继续对两者之间的对中精度进行观测，获取所述大转盘上的目标吸嘴沿着X轴和Y轴方向的平移位置偏差，将此平移位置偏差作为位置闭环补偿信号，经由位置控制器处理后由贴装模块调整，由此实现所述大转盘上目标吸嘴的位置对中。
[0018]作为进一步优选地，对于芯片从所述小转盘单元贴装至所述基板的操作，优选还包括下列步骤:
[0019](dl)当所述小转盘单元完成芯片的拾取转移之后，首先利用所述小转盘仰视相机对所述小转盘吸嘴组件上各芯片的位置进行观测，并获取其位置信息；
[0020](d2)当所述基板进给单元到达贴装区域后，利用所述小转盘俯视相机继续对芯片在基板上的贴装位置进行观测，并获取芯片贴装位置信息;将此芯片贴装位置信息与步骤(dl)所获取的芯片位置信息进行比较分析，相应得出所述贴装运动单元中X向直线电机和Y向直线电机的位置调节信号，并经由位置控制器处理后执行相应位置调整。
[0021]总体而言，按照本发明的以上技术方案与现有技术相比，通过采取非接触式的光学检测方式并结合芯片倒装键合贴装过程中的关键环节执行针对性检测及调整控制，尤其是实现了芯片从晶元盘戳离的位置及角度闭环控制、芯片在晶元盘与大转盘之间的拾取对中闭环控制、芯片在大小转盘之间的角度闭环控制以及芯片贴装至基板的相应控制等，相应不仅能够实现芯片高效倒装键合整个过程中芯片在位置及角度方面的全面、精确控制，同时还能进一步确保最终芯片的键合尚质量和尚效率的目标。
【附图说明】
[0022]图1是按照本发明所构建的适用于芯片高效转移的相关设备的立体结构示意图；
[0023]图2a是图1中所示晶元移动单元的更为具体的结构示意图；
[0024]图2b是图1中所示大转盘单元的更为具体的结构示意图；
[0025]图2c是图1中所示小转盘单元的更为具体的结构示意图；
[0026]图3a示范性显示了应用于芯片高效转移设备的一部分视觉相机的布置示意图；
[0027]图3b示范性显示了应用于芯片高效转移设备的另外一部分视觉相机的布置示意图；
[0028]图4是按照本发明的适用于芯片高效转移的控制方